Анализ солнечных элементов — приложения сканирующей электронной микроскопии (СЭМ)
В последнее время мировые цены на нефть резко выросли, и индустрия возобновляемых источников энергии, представленная солнечными фотоэлектрическими (PV) электростанциями, привлекла широкое внимание. В центре внимания находятся перспективы развития и рыночная стоимость солнечных фотоэлектрических элементов, которые являются основным компонентом производства фотоэлектрической энергии. На мировом рынке аккумуляторов фотоэлектрические элементы составляют около 27%[1]. Сканирующий электронный микроскоп играет большую роль в совершенствовании производственного процесса и связанных с ним исследованиях фотоэлектрических элементов.
Фотоэлектрический элемент представляет собой тонкий лист оптоэлектронного полупроводника, который преобразует солнечную энергию непосредственно в электрическую энергию. В настоящее время коммерческие фотоэлектрические элементы массового производства представляют собой в основном кремниевые элементы, которые делятся на элементы из монокристаллического кремния, элементы из поликристаллического кремния и элементы из аморфного кремния.
Методы текстурирования поверхности для повышения эффективности солнечных элементов
В реальном процессе производства фотоэлектрических элементов, чтобы еще больше повысить эффективность преобразования энергии, на поверхности элемента обычно создается специальная текстурированная структура, и такие элементы называются «неотражающими» элементами. В частности, текстурированная структура на поверхности этих солнечных элементов улучшает поглощение света за счет увеличения количества отражений излучаемого света на поверхности кремниевой пластины, что не только снижает отражательную способность поверхности, но и создает внутри световые ловушки. Ячейка, тем самым значительно увеличивая эффективность преобразования солнечных элементов, что важно для повышения эффективности и снижения стоимости существующих кремниевых фотоэлектрических элементов[2].
Сравнение плоской поверхности и поверхности пирамидальной структуры
По сравнению с плоской поверхностью, кремниевая пластина с пирамидальной структурой имеет более высокую вероятность того, что отраженный свет падающего света снова будет действовать на поверхность пластины, а не отражаться непосредственно обратно в воздух, тем самым увеличивая количество рассеянного света. и отражается на поверхности структуры, позволяя поглощать больше фотонов и образуя больше электронно-дырочных пар.
Путь света для разных углов падения света на пирамидальную структуру
Обычно используемые методы текстурирования поверхности включают химическое травление, реактивное ионное травление, фотолитографию и механическую обработку канавок. Среди них метод химического травления широко используется в промышленности из-за его дешевизны, высокой производительности и простоты метода [3] . Для фотоэлементов из монокристаллического кремния обычно используется анизотропное травление щелочным раствором на разных кристаллических слоях кристаллического кремния для формирования структуры, аналогичной образованию «пирамиды», являющейся результатом анизотропии щелочного раствора на разных кристаллических слоях кристаллического кремния. Образование пирамидальной структуры обусловлено анизотропной реакцией щелочи с кремнием [4] . При определенной концентрации раствора щелочи скорость реакции OH- с поверхностью Si(100) в несколько раз, а то и в десятки раз превышает скорость реакции с поверхностью Si(111), и именно эта разница в скорости реакции что приводит к формированию пирамидальной структуры.
Сканирующие электронные микроскопы помогают улучшить качество солнечных батарей
В процессе химического травления концентрация травильного раствора, температура, время реакции и другие факторы влияют на подготовку поверхности флиса из кристаллических ячеек кремния, что приводит к различной отражательной способности. С помощью сканирующего электронного микроскопа с вольфрамовой нитью CIQTEK SEM3100 можно эффективно наблюдать за размером вытравленной области и пирамидальной структурой поверхности в процессе изготовления.
Благодаря преимуществам отсека для образцов большой емкости электронного микроскопа CIQTEK SEM3100 пользователи могут помещать образцы диаметром до 370 мм без резки, а пятиосный полностью автоматизированный предметный столик электронного микроскопа можно наклонять от -10° до 75°. °, что позволяет наблюдать различные положения образца под разными углами.
Стол для проб, наклоненный под углом 45°
Стол для проб, наклоненный под углом 30°
Образец расположен горизонтально
Более низкое ускоряющее напряжение 3 ~ 5 кВ используется для наблюдения пирамидальной структуры поверхности фотоэлектрических ячеек в электронном микроскопе SEM3100, что может уменьшить глубину проникновения электронного луча на поверхность образца, сделать наблюдаемые детали поверхности богаче и лучше охарактеризовать поверхность. дефекты и форму структуры, что помогает пользователям сравнивать и анализировать различные процессы производства бархата.
Согласно исследованию GIR (Global Info Research), глобальный доход от оборудования для солнечных батарей (PV) составит примерно 44,7 миллиарда долларов в 2021 году и, как ожидается, достигнет размера 55,57 миллиарда долларов в 2028 году. Среди типов продукции монокристаллический кремний продолжит занимать лидирующие позиции. важная позиция. Являясь мощным инструментом микроскопического анализа, CIQTEK SEM3100 станет мощным инструментом для улучшения процесса производства фотоэлектрических элементов и связанных с ним исследований.
Использованная литература:
[1] У Цзецзе и др. Исследования и перспективы аккумуляторной отрасли[J]. Современная химия, 2017, 37(9):5.
[2] Ли Цзяюань. Исследование поверхности нетканого материала солнечных батарей [D]. Даляньский технологический университет, 2009 г.
[3] Ли Х.Л., Чжао Л., Диао Х.В. и др. Анализ факторов, влияющих на пирамидальную структуру при производстве флюса монокристаллического кремния[J]. Журнал искусственных кристаллов, 2010, 39(4):5.
[4] Нисимото Ю., Намба К. Исследование текстурирования солнечных элементов из кристаллического кремния с растворами карбоната натрия[J]. Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы, 2000, 61(4):393-402.
CIQTEK SEM5000 — это сканирующий электронный микроскоп с полевой эмиссией, обеспечивающий возможность получения изображений и анализа с высоким разрешением, поддерживаемый множеством функций, преимуществами усовершенствованной конструкции электронно-оптической колонны, технологией туннелирования электронного луча высокого давления (SuperTunnel), низкой аберрацией и отсутствием погружения. объектив, обеспечивает получение изображений с высоким разрешением при низком напряжении, магнитный образец также можно анализировать. Благодаря оптической навигации, автоматизированным функциям, тщательно разработанному пользовательскому интерфейсу взаимодействия человека с компьютером, а также оптимизированному процессу эксплуатации и использования, независимо от того, являетесь ли вы экспертом или нет, вы можете быстро приступить к работе и выполнить работу по визуализации и анализу с высоким разрешением.
Узнать большеCIQTEK SEM5000 — это сканирующий электронный микроскоп с полевой эмиссией, обеспечивающий возможность получения изображений и анализа с высоким разрешением, поддерживаемый множеством функций, преимуществами усовершенствованной конструкции электронно-оптической колонны, технологией туннелирования электронного луча высокого давления (SuperTunnel), низкой аберрацией и отсутствием погружения. объектив, обеспечивает получение изображений с высоким разрешением при низком напряжении, магнитный образец также можно анализировать. Благодаря оптической навигации, автоматизированным функциям, тщательно разработанному пользовательскому интерфейсу взаимодействия человека с компьютером, а также оптимизированному процессу эксплуатации и использования, независимо от того, являетесь ли вы экспертом или нет, вы можете быстро приступить к работе и выполнить работу по визуализации и анализу с высоким разрешением.
Узнать большеCIQTEK SEM4000 — это аналитический сканирующий электронный микроскоп с термополевой эмиссией, оснащенный высокояркой и долговечной автоэмиссионной электронной пушкой Шоттки. Трехступенчатая конструкция магнитной линзы с большим и плавно регулируемым током луча имеет очевидные преимущества в EDS, EBSD, WDS и других приложениях. Поддержка режима низкого вакуума, позволяет напрямую наблюдать проводимость слабых или непроводящих образцов. Стандартный режим оптической навигации, а также интуитивно понятный интерфейс управления упрощают вашу работу по анализу.
Узнать большеCIQTEK SEM4000 — это аналитический сканирующий электронный микроскоп с термополевой эмиссией, оснащенный высокояркой и долговечной автоэмиссионной электронной пушкой Шоттки. Трехступенчатая конструкция магнитной линзы с большим и плавно регулируемым током луча имеет очевидные преимущества в EDS, EBSD, WDS и других приложениях. Поддержка режима низкого вакуума, позволяет напрямую наблюдать проводимость слабых или непроводящих образцов. Стандартный режим оптической навигации, а также интуитивно понятный интерфейс управления упрощают вашу работу по анализу.
Узнать большеCIQTEK SEM3200 — это высокопроизводительный сканирующий электронный микроскоп с вольфрамовой нитью. Он обеспечивает превосходное качество изображения как в режиме высокого, так и в низком вакууме. Он также имеет большую глубину резкости и удобную для пользователя среду для определения характеристик образцов. Более того, широкие возможности масштабирования помогают пользователям исследовать мир микроскопических изображений.
Узнать большеCIQTEK DB500 - это автоэмиссионный сканирующий электронный микроскоп с колонкой со сфокусированным ионным лучом для наноанализа и подготовки образцов, который применяется с технологией «SuperTunnel», низкой аберрацией и безмагнитной конструкцией объектива, с низким напряжением и высоким разрешением. способность, которая обеспечивает его наномасштабные аналитические возможности. Ионная колонна позволяет использовать источник ионов жидкого металла Ga+ с высокостабильным и высококачественным ионным пучком, обеспечивающим возможности нанопроизводства. DB500 оснащен встроенным наноманипулятором, системой впрыска газа, электрическим механизмом защиты от загрязнения объектива и 24 портами расширения, что делает его универсальной платформой для наноанализа и производства с комплексными конфигурациями и возможностью расширения.
Узнать большеCIQTEK SEM5000X — это полевой эмиссионный сканирующий электронный микроскоп сверхвысокого разрешения (FE-SEM) с революционным разрешением 0,6 нм при 15 кВ и 1,0 нм при 1 кВ. Благодаря обновленному процессу проектирования колонн, технологии «SuperTunnel» и конструкции объектива высокого разрешения SEM5000X может добиться дальнейшего улучшения разрешения изображений при низком напряжении. Количество портов камеры для образцов увеличивается до 16, а загрузочный замок для смены образцов поддерживает пластины размером до 8 дюймов (максимальный диаметр 208 мм), что значительно расширяет возможности применения. покрытие. Расширенные режимы сканирования и улучшенные автоматизированные функции обеспечивают более высокую производительность и еще более оптимизированную работу.
Узнать большеCIQTEK SEM4000Pro — это аналитический сканирующий электронный микроскоп с полевой эмиссией, оснащенный высокояркой и долговечной автоэмиссионной электронной пушкой Шоттки. Благодаря конструкции трехступенчатой конденсаторной электронно-оптической колонки для токов пучка до 200 нА SEM4000Pro обеспечивает преимущества в EDS, EBSD, WDS и других аналитических приложениях. Система поддерживает режим низкого вакуума, а также высокопроизводительный детектор вторичных электронов с низким вакуумом и выдвижной детектор обратно рассеянных электронов, которые могут помочь напрямую наблюдать плохо проводящие или даже непроводящие образцы. Стандартный режим оптической навигации и интуитивно понятный пользовательский интерфейс упрощают вашу работу по анализу.
Узнать больше